Como intuito de contribuir para a elucidação do mecanismo de quimi-excitação da reação peroxi-oxalato, a transformação quimiluminescente mais eficiente conhecida que envolve a versão intermolecular do mecanismo \"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" - CIEEL, foram efetuados estudos cinéticos e determinados os rendimentos quânticos de quimi-excitação desta reação em diferentes solventes e misturas de solventes. A cinética da reação de oxalato de bis-2,4,6-triclorofenila com peróxido de hidrogênio, catalisada por imidazol foi estudada na presença de 9,10-difenilantraceno como ativador (ACT) em diferentes solventes. O comportamento das constantes de velocidade observados em função da polaridade e viscosidade dos solventes indica que o mecanismo dos passos iniciais desta transformação até a formação do intermediário de alta energia (IAE) não sofre modificações drásticas em função das propriedades de solventes, permitindo a escolha de solventes e misturas de solventes adequados para o estudo do mecanismo de quimi-excitação do sistema. A influência da viscosidade sobre os rendimentos quânticos singlete (Φs) e os rendimentos quânticos singlete na concentração infinita do ACT (Φs∞ - obtidos de gráficos duplo recíprocos entre os (Φs) e a [ACT]) foi estudada em misturas entre acetato de etila e ftalato dimetilico (que possuem viscosidades diferentes e parâmetros de polaridade similares, além de levarem a rendimentos quânticos altos), indicando um aumento considerável dos rendimentos quânticos singlete com o aumento da viscosidade do meio. Os dados foram tratados com base nos modelos colisional e friccional, obtendo indicação clara da operação de um efeito de gaiola do solvente no processo de quimi-excitação da reação neste sistema de alta eficiência. A influência da polaridade do meio sobre os parâmetros de quimi-excitação da reação peroxi-oxalato foi analisada, de maneira análoga, em misturas entre tolueno e acetato de etila e entre acetato etila e acetona. Os rendimentos quânticos singlete aumentam inicialmente em função da polaridade do meio até um valor máximo, a partir do qual eles sofrem diminuição com o aumento da polaridade. Este comportamento indica a melhor solvatação dos pares de íons radicais pelo aumento da polaridade de solvente levando ao aumento dos rendimentos, entretanto, polaridades maiores do meio podem levar à formação de pares de íons separados por solvente e íons separados, desta maneira diminuindo a eficiência da quimi-excitação. Os parâmetros de quimiluminescência da reação peroxi-oxalato foram ainda estudados em uma série de solventes puros com diferentes valores de polaridade e viscosidade. Os rendimentos quânticos obtidos foram correlacionados com os parâmetros de viscosidade, polaridade e polarizabilidade, utilizando-se uma regressão linear múltipla. Deste ajuste se pode confirmar que a viscosidade exerce a maior influência sobre os rendimentos quânticos e o aumento da polaridade contribui também para maiores rendimentos, entretanto, os parâmetros de ajuste contêm erros muito grandes devido à dispersão dos valores. Contrariamente, o aumento da polarizabilidade do meio parece diminuir a eficiência de quimi-excitação. / In order to contribute to the elucidation of the chemiexcitation mechanism of peroxyoxalate reaction, the most efficient chemiluminescence reaction known that involves the intermolecular \"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" - CIEEL mechanism, kinetically studies were performed and chemiexcitation quantum yields determined in different solvents and solvent mixtures. The reaction kinetics of bis(2,4,6-trichlorophenyl) oxalate with hydrogen peroxide catalyzed by imidazole in the presence of 9,10-diphenylanthracene as an activator (ACT) was studied in different solvents. The behavior of the observed rate constants in function of solvents polarity and viscosity indicates that the initials reaction steps leading to high energy intermediate formation (HEI) do not change drastically in function of the solvent properties, allowing to choose suitable solvents and solvent mixtures for a study of its the chemiexcitation mechanism. The viscosity influence on the singlet quantum yields (Φs) and singlet quantum yields at infinite ACT concentration (Φs∞ - obtained from double reciprocal plots between Φs and [ACT]) was studied in mixtures of ethyl acetate and dimethyl phthalate (which have different viscosities and similar polarity parameters), indicating a considerable increasing in singlet quantum yields with the increasing of medium viscosity. Data were analyzed by the collisional and the free volume model, which clearly indicates the occurrence of a solvent cage effect in the chemiexcitation process of this high efficient system. The influence of medium polarity on the chemiexcitation parameters of the peroxyoxalate reaction were studied, in a similar way, in mixtures of toluene and ethyl acetate and in mixtures of ethyl acetate and acetone. Singlet quantum yields increase in function of medium polarity for low polar solvents, reaching a maximum value, where a further polarity increase leads to a decrease in quantum yields. This behavior indicates better solvation of radical íon pairs by solvent polarity increase, leading to increased quantum yields, however, higher solvent polarities can lead to the formation of solvent separated ion pairs and individually solvate ions, thereby decreasing chemi-excitation efficiency. Chemiluminescence parameters of the peroxyoxalate reaction were also studied in pure solvents with different viscosities and polarities. The obtained singlet quantum yields were correlated with viscosity, polarity and polarizability parameters by multiple linear regression analysis. The correlations obtained show that viscosity exerts the most significant influence on the quantum yields and an increase in solvent polarity also contributes to higher quantum yields; however, these fitting parameters possess high standard deviations due to the considerable dispersion of quantum yield values. Contrary, an increase in medium polarizability appears to decrease the chemi-excitation efficiency.

O sistema quimiluminescente peróxi-oxalato vem sendo estudado por diversos grupos de pesquisa ao redor do mundo desde os anos 60. Esse interesse em especial se deve ao fato de que em comparação com a maioria dos sistemas quimiluminescentes, que apresentam rendimentos quânticos da ordem de 1%, esse sistema apresenta rendimentos quânticos de emissão consideravelmente maiores, cerca de 30%. O sistema peróxi-oxalato consiste na reação de ésteres fenólicos substituídos derivados do ácido oxálico com peróxido de hidrogênio, catalisada por uma base e em presença de compostos aromáticos policondensados fluorescentes com baixo potencial de oxidação, chamados de ativadores (ACT). O mecanismo desta reação, apesar de intensamente estudado, ainda não se encontra completamente esclarecido. Especificamente, a estrutura do intermediário formado durante a reação, que é responsável pela quimiexcitação do ativador, não é conhecida ainda. No presente trabalho, foram completados estudos previamente efetuados no nosso grupo com derivados perácidos, intermediários na reação peróxi-oxalato. Foram sintetizados e caracterizados dois novos derivados perácido, o O,Ohidrogênio monoperóxi-oxalato de 3-clorofenila e o O,O-hidrogênio monoperóxioxalato de 3-nitrofenila. Dos estudos cinéticos da reação destes perácidos com imidazol, na presença de 9,10-difenilantraceno como ativador, foram obtidos constantes de velocidade de ciclização e rendimentos quânticos singlete. As constantes de velocidade determinadas, junto com os dados obtidos anteriormente no grupo, mostram correlação linear de energia livre com as constantes de substituintes de Hammett, obtendo-se um valor de = 2,18 ± 0,16, o que indica a formação de alta densidade de carga negativa no estado de transição do passo lento. A correlação linear entre as constantes de velocidade e os valores de pKa dos grupos de partida fenólicos levou à determinação do valor de βGP = -1,07 ± 0,08, indicando que a quebra da ligação para o grupo de partida é muito avançada no estado de transição no passo lento da reação. Os rendimentos quânticos singlete mostram dependência com as propriedades eletrônicas dos substituintes, aumentando inicialmente com o aumento das propriedades de atração de elétron do substituinte, porém, com substituintes mais atraentes que hidrogênio, observa-se uma leve diminuição no rendimento quântico. O conjunto de dados apresentados neste trabalho, junto com os resultados obtidos anteriormente pelo grupo, demonstra claramente que a reação de ciclização dos perácidos, catalisada por imidazol, deve ocorrer de maneira concertada, ou seja, a saída do grupo de partida fenólico ocorre em conjunto com o ataque nucleofílico do íon percarboxilato à função éster no passo lento da reação. Conseqüentemente, foram obtidas neste trabalho evidências experimentais fundamentadas para a ocorrência da 1,2- dioxetanodiona como intermediário de alta energia na reação peróxi-oxalato. / The peroxyoxalate chemiluminescence has been intensely studied since the sixties by several research groups all around the world. This interest is mainly due to the fact that the peroxyoxalate system is highly efficient, showing quantum yields of around 30 %, much higher than other well known chemiluminescence reactions which commonly show quantum yields of around 1% or less. The peroxyoxalate system consists in the base catalyzed reaction of activated oxalate esters with hydrogen peroxide in the presence of highly fluorescent polycondensed aromatic hydrocarbons with low oxidation potentials, called activators (ACT). Although intensely investigated, the mechanism of this complex transformation is still not yet completely clarified. This is true specifically for the structure of the high-energy intermediate, formed during the reaction sequence, which is responsible for chemiexcitation, not known at all up to now. In the present work, former studies of our group on peracid derivatives, intermediates in the peroxyoxalate reaction, were completed. Two new peracid derivatives, 3-chlorophenyl O,O-hydrogen monoperoxyoxalate and 3- nitrophenyl O,O-hydrogen monoperoxyoxalate were synthesized and characterized. Kinetic studies on the reaction of these peracid derivatives with imidazole, in the presence of 9,10-diphenylanthracene as activator, led to the determination of cyclization rate constants and singlet quantum yields. These rate constants, together with data formerly obtained by our group, show linear free-energy correlation with the Hammett substituent constants, resulting in a reaction constant of = 2,18 ± 0,16, that indicates the formation of a high negative charge density in the transition state of the rate-limiting step. Similarly, the linear correlation of the rate constants with the pKa values of the phenolic leaving groups leads to the determination of a value βGP = -1,07 ± 0,08, indicating a high degree of leaving group bond cleavage in the transition state of the rate-limiting step. The singlet quantum yields also show dependence on the electronic properties of the substituents, initially increasing with the increase in the electron withdrawing nature of the substituent, however, a slight decrease in the quantum yields is observed with substituents more electron withdrawing than hydrogen. The data accumulated in this work, together with results earlier obtained in our group, clearly demonstrate that the cyclization reaction of the peracid derivatives, catalyzed by imidazole, proceeds in a concerted manner, i.e. the phenolic leaving group departure occurs together with the nucleophilic percarboxylate attach to the ester function in the rate-limiting reaction step. Consequently, it was possible to obtain in this work solid experimental evidence for the occurrence of 1,2-dioxetandione as the high-energy intermediate in the peroxyoxalate reaction.

O sistema peróxi-oxalato consiste na reação entre ésteres oxálicos e peróxido de hidrogênio, na presença de um catalisador básico e/ou nucleofílico e de um composto fluorescente com baixo potencial de oxidação (ACT), resultando em uma emissão eficiente de quimiluminescência. O sistema é amplamente utilizado em diversas aplicações analíticas, entretanto, sua aplicação é limitada devido às dificuldades de sua adaptação em meios aquosos. Nesse trabalho foram realizados estudos cinéticos da reação peróxi-oxalato em uma mistura binária de 1,2-dimetóxietano/água (1/1) em tampão fosfato (pH 6, 7 e 8), utilizado-se os ésteres oxalato bis(2,4,6-triclorofenila) (TCPO), oxalato de bis(4- metilfenila) (BMePO) e oxalato de bis(4-nitrofenila) (BNPO). A partir da dependência da constante de velocidade de decaimento da intensidade de emissão (kobs) com a concentração de peróxido de hidrogênio e do tampão fosfato obteve-se evidências da ação do fosfato como catalisador básico específico na reação de TCPO. Porém, os resultados indicam também que na reação de BMePO o fosfato age principalmente como catalisador ácido. A reação peróxi-oxalato (TCPO, H2O2, ACT e imidazol) foi realizada também em meio de 80% de líquidos iônicos. Três líquidos iônicos contendo o cátion 1-butil- 3-metilimidazólio (bmim) com os contra-íons tetrafluroborato, hexafluorofosfato e hexafluoroantimonato foram utilizados obtendo-se valores de kobs maiores em bmimPF6, seguida do meio em bmimBF4e por fim em bmimSbF6. Os rendimentos quânticos determinados alcançaram valores de quase 20% em meio de bmimSbF6, além disso, foram obtidas evidências experimentais de que o mecanismo CIEEL esteja envolvido no passo de quimi-excitação da reação peróxi-oxalato nestes meios / The peroxyoxalate system consists in the reaction of oxalic esters with hydrogen peroxide in the presence of basic and/or nucleofilic catalysts and a fluorescent compound with low oxidation potential (ACT), resulting in efficient chemiluminescence emission. This system is widely utilized in various analytical applications; however, its use is limited due to the difficulties to adapt it to aqueous media. In this work, kinetic studies of the peroxyoxalate reaction were performed in phosphate buffered (pH 6, 7 and 8) binary 1,2-dimethoxyethane/water mixtures (1/1), using the oxalate esters bis(2,4,6-trichlorophenyl) oxalate (TCPO), bis(4- methylphenyl) oxalate (BMePO) and bis(4-nitrophenyl) oxalate (BNPO). Evidence for the action of the phosphate as a specific base catalyst in the reaction of TCPO was obtained from the dependence of the emission decay rate constant (kobs) on the hydrogen peroxide and phosphate buffer concentration. However, the results also indicate that phosphate acts mainly as an acid catalyst in the reaction of BMePO. The peroxyoxalate reaction (TCPO, H2O2, ACT and imidazole) was also performed in 80 % of ionic liquids. Three ionic liquids containing the cation 1-butyl- 3-methylimidazolium (bmim) with contra-ions tetrafluoroborate, hexafluorophosphate and hexafluoroantimonate were used obtaining higher rate constant values for bmimPF6, followed by bmimBF4 media and finally bmimSbF6. The quantum yields determined reached almost 20% in the medium bmimSbF6, additionally, experimental evidence was obtained for the occurrence of the CIEEL mechanism in the chemiexcitation step of the peroxyoxalate reaction in these media

Foi sintetizada e caracterizada a spiro-ciclopentil-1,2-dioxetanona, um derivado de 1,2-dioxetanona inédito, de forma a se contribuir com informações acerca da quimiluminescência de peróxidos orgânicos. Estudos mecanísticos da decomposição quimiluminescente de 1,2-dioxetanonas são escassos, principalmente quando comparados à enorme quantidade de resultados existentes sobre a formação de estados excitados na decomposição de 1,2-dioxetanos. A spiro-ciclopentil-1,2-dioxetanona foi preparada pela ciclização do 1-carbóxi-1- hidroperóxiciclopentano com N,N-diciclohexilcarbodiimida, com rendimento de 1,2%, e caracterizada por RMN de 1H e 13C a baixa temperatura e pelo comportamento cromatográfico da solução peroxídica. Evidências para a ocorrência do mecanismo de Luminescência Iniciada Quimicamente por Troca de Elétron (CIEEL) na formação de estados excitados, na sua variante intermolecular, foram obtidas por estudos cinéticos da decomposição quimiluminescente dessa 1,2-dioxetanona por diferentes ativadores (ACTs). Entretanto, a decomposição desse peróxido ocorre com rendimentos de formação de estados excitados singlete baixos (ΦS≈ 10-4 E mol-1), indicando que essa 1,2-dioxetanona também possui baixa eficiência de formação de estados excitados, conforme constatado recentemente para outros derivados. Foram encontradas evidências para a ocorrência de uma transferência de elétron na etapa limitante de velocidade, onde o ACT é formado no estado excitado, com um coeficiente de transferência de elétron de α = 0,19. Ainda, foi observada uma correlação entre a energia livre liberada para a formação de estados excitados e os rendimentos quânticos, nos moldes do mecanismo CIEEL. De acordo com os resultados obtidos nesse trabalho e em trabalhos anteriores, postula-se que o tamanho do substituinte alquílico no anel da 1,2-dioxetanona causa um efeito drástico na eficiência da decomposição catalisada do peróxido na seqüência CIEEL, diminuindo o valor da constante de equilíbrio para a formação inicial do complexo de transferência de carga Em uma segunda parte do trabalho, foi averiguado o mecanismo da reação peróxi-oxalato em meios aquosos, uma vez que a maioria dos trabalhos sobre esta transformação nestes meios possui ênfase na aplicação analítica. Foi observado que as reações dos oxalatos de bis(2,4,6-triclorofenila) (TCPO), moderadamente reativo, e bis(2,4-dinitrofenila) (DNPO), altamente reativo, com H2O2 e catálise por imidazol, ocorrem pelo mesmo mecanismo, em 1,2-dimetoxietano e em misturas aquosas desse solvente. Para TCPO, observou-se que há a formação de um intermediário de catálise nucleofílica, previamente ao ataque nucleofílico do H2O2. Para DNPO, há uma adição nucleofílica direta do H2O2 ao éster, com e sem catálise básica por imidazol. Em meios aquosos, a hidrólise do éster oxálico ocorre paralelamente à peridrólise, que leva à emissão de luz. Entretanto, as constantes de velocidade para a peridrólise do éster são significativamente maiores do que as para a sua hidrólise. Observou-se que a reação de TCPO com H2O2 em meios orgânico e aquoso, catalisada por 2,6-lutidina (2,6-dimetilpiridina), ocorre com essa base agindo como um catalisador não-nucleofílico. Por último, estudou-se a reação de TCPO com H2O2 em tampão carbonato de potássio, um meio essencialmente aquoso, onde a espécie reativa é a base conjugada do H2O2; entretanto, a constante de velocidade da peridrólise se mostrou similar à de hidrólise do éster oxálico. Nessa última parte do trabalho, foi demonstrado que a reação peróxi-oxalato também pode ser conduzida em meios aquosos. / Spiro-cyclopentyl-1,2-dioxetanone, a new 1,2-dioxetanone derivate, was synthesized and characterized, in order to contribute to the present mechanistic knowledge on organic peroxide chemiluminescence. Mechanistic studies on the chemiluminescent 1,2-dioxetanone decomposition are highly limited, especially when compared to the huge amount of data available for 1,2-dioxetanes. The spiro-cyclopentyl-1,2-dioxetanone was prepared by 1-carboxy-1-hydroperoxycyclopentane cyclization with N,N-dicyclohexylcarbodiimide, in a 1.2% yield and characterized by low temperature 1H and 13C NMR and the chromatographic behavior of the peroxide solution. Evidence for the occurrence of the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence (CIEEL) mechanism for excited states formation, in its intermolecular version, was obtained from kinetic studies of the chemiluminescent decomposition of this 1,2-dioxetanone with different activators (ACTs). However, the decomposition of this peroxide occurs with low yields of singlet excited state formation (ΦS≈ 10-4 E mol-1), showing that also this 1,2-dioxetanone possesses low excitation efficiency, as recently found for other derivatives. Evidence was found for the occurrence of an electron transfer in the rate limiting step, where the ACT is formed in its electronically excited state, with an electron transfer coefficient α= 0.19. Moreover, a correlation between the free energy released upon excited states formation and the quantum yields is observed, in agreement with the CIEEL mechanism. The results obtained in the present work together with previous data, allow to postulate that the size of the alkyl substituent on the 1,2-dioxetanone ring plays a crucial role for the efficiency of the catalyzed peroxide decomposition in the CIEEL sequence, by lowering the equilibrium constant for initial charge transfer complex formation. In a second part of this work, the mechanism of the peroxyoxalate reaction in aqueous media was studied, due to the fact that most of recent work on this system is mainly concerned only to analytical application aspects. The reaction of the moderately reactive bis(2,4,6-trichlorophenyl) (TCPO) and the highly reactive bis(2,4- dinitrophenyl) oxalate (DNPO) with H2O2 and imidazol catalysis, showed to occur by the same mechanism, in 1,2-dimethoxyethane as well as in its aqueous mixtures. For TCPO, the formation of an intermediate due to nucleophilic catalysis by imidazole was observed, preceding the H2O2 nucleophilic attack. For DNPO, direct nucleophilic addition of H2O2 to the ester occurs, with and without imidazole catalysis. In aqueous media, oxalic ester hydrolysis also occurs concomitantly to its perhydrolysis, which leads to light emission. However, the rate constants for perhydrolysis are significantly higher than the hydrolysis rate constants. For the reaction of TCPO with H2O2 in organic and aqueous medium, catalyzed by 2,6-lutidine (2,6-dimethylpyridine), it was shown that this base acts as a nonnucleophilic catalyst. Finally, the reaction of TCPO with H2O2 in potassium carbonate buffer, an essentially aqueous media, was studied, where the reactive species is the H2O2 conjugate base; however, the oxalic ester perhydrolysis rate constant proofed to be similar to its hydrolysis rate constant. In this last part it is also shown that the peroxyoxalate reaction can be carried out in aqueous media.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-01-03T10:49:20Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 871656 bytes, checksum: bb4ec3c30a9ecfc97095075db91b96ac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-03T10:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 871656 bytes, checksum: bb4ec3c30a9ecfc97095075db91b96ac (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No Brasil, as áreas plantadas com eucalipto apresentam topografia diversa, solos de reação ácida e concentrações limitantes de nutrientes como o Ca e o N. No entanto, os plantios de eucalipto apresentam elevada aquisição desses elementos, em especial do Ca, em função do rápido crescimento. O oxalato de cálcio (CaOx) pode desempenhar papel importante nos ecossistemas florestais, mas a sua contribuição para a mobilização de compartimentos de Ca no solo é mal compreendida. O presente trabalho teve como objetivo estudar as interações entre doses de CaOx e de N-NH4+ na nutrição do eucalipto cultivado em solo com teor não detectável de Ca trocável. Para tanto, mudas de eucalipto (clone AEC 144) foram cultivadas em casa de vegetação em vasos com 3,0 dm3 de solo e com os tratamentos arranjados em esquema fatorial 5 x 5, com cinco doses de Ca (0; 0,10; 0,20; 0,40 e 0,80 cmolc dm-3, na forma de CaOx) e cinco doses de N (0; 25; 50; 100 e 200 mg dm-3, na forma de cloreto de amônio). Outros dois experimentos foram conduzidos em paralelo para avaliar a estabilidade no solo e a solubilidade em diferentes faixas de pH do CaOx. A produção de matéria seca e os conteúdos de Ca e N foram altamente dependentes do N-NH4+ aplicado. A maior eficiência de utilização de Ca ocorreu no tratamento sem aplicação de Ca e na maior dose de N. O cálcio proveniente da porção de Ca não-trocável do solo foi transferido para a planta de eucalipto e essa transferência aumentou com o fornecimento crescente de N-NH4+, estabilizando-se na maior dose aplicada. O acúmulo de cálcio em plantas de eucalipto é dependente da absorção de nitrogênio. A solubilização de CaOx variou de 62 a 94 % para diferentes doses do composto após 60 dias de incubação do solo. A liberação de Ca a partir do CaOx do solo não variou em função do pH. A fertilização nitrogenada (N-NH4+) promove a mobilização de reservatórios de Ca não-trocáveis pelo eucalipto cultivado em solo que não apresenta teor detectável do elemento. / In Brazil, the areas used for eucalypt cultivation present diverse topography, acidic soils, and limiting concentrations of nutrients, such as Ca and N. However, eucalypt stands present high requirements for these elements, especially Ca, due to rapid plant growth. Calcium oxalate (CaOx) can play key roles in forest ecosystems, but its contribution to the mobilization of Ca compartments in the soil is still poorly understood. The objective of this work was to study the interactions between CaOx and N-NH4+ doses on eucalypt nutrition in a soil with undetectable concentrations of exchangeable Ca. For that, eucalypt clones (AEC 144) were grown in a greenhouse in pots with 3.0 dm3 of soil and subjected to treatments arranged in a 5 x 5 factorial design corresponding to five Ca (0; 0.10; 0.20; 0.40 and 0.80 cmolc dm-3 as CaOx base) and five N (0; 25; 50; 100 and 200 mg dm-3 as ammonium chloride) doses. Two additional experiments were conducted simultaneously to evaluate the stability of CaOx in the soil and its solubility at different pH ranges. The dry matter production and the Ca and N contents were highly dependent on the N-NH4+ applied. The higher efficiency of Ca use was observed for the treatment with no Ca application and highest N doses. The calcium from non-exchangeable fraction was transferred to the eucalypt plants and this transference increased with increasing N-NH4+ supply, stabilizing at the highest N dose applied. Calcium accumulation in eucalypt plants was shown to be dependent on nitrogen uptake. CaOx solubilization varied from 62 to 94 % for the different CaOx doses at 60 days of incubation. Ca release from CaOx did not vary within the pH range tested. Nitrogen fertilization (N-NH4+) mobilizes non- exchangeable Ca reservoirs by eucalypt cultivated in soils with no detectable content of exchangeable Ca.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第20635号 / 農博第2242号 / 新制||農||1052(附属図書館) / 学位論文||H29||N5079(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科食品生物科学専攻 / (主査)教授 入江 一浩, 教授 平井 伸博, 教授 田中 千尋 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Flavia de Castro Pereira UFG 2010 - part 1.pdf: 495954 bytes, checksum: 284a68ffbde993ede09791444dec1865 (MD5) Previous issue date: 2010-01-22 / Despite the resounding success of cisplatin and closely related platinum antitumor agents, the movement of other transition-metal antitumor agents toward the clinic has been exceptionally slow. Non-Platinum chemotherapeutic metallopharmaceuticals hold much promise for the future, and needs to be actively explored in a large variety of tumor types in combination therapies. The preparations of metallocomplexes with potential antitumor activity has been one of the main targets of transition metal chemistry since Rosenberg s discovery of cisplatin cisdiamminedichloridoplatinum (II), cis-[Pt(NH3)2Cl2]} cytotoxic activity in the 1960s. In 1978, cisplatin was approved as the first platinumbased drug for the oncology treatment, although several negative side-effects (nephrotoxicity, neurotoxicity, nausea, etc.) had been induced on treated patients. Nevertheless, cisplatin was followed by carboplatin {cis-diammine-1,1´ - yclobutanedicarboxylateplatinum(II), [Pt(NH3)2(cbdc)], approved in 1985} and oxaliplatin 1R,2Rdiamminocyclohexaneoxalatoplatinum(II), [Pt(dach)(ox)], approved in 1996}, which met requirements of improving antitumor activity and reducing disadvantages of cisplatin, carboplatin and oxaliplatin represent the second, and third platinum-based drug generations, respectively. Nowadays, not only platinum-bearing complexes are extensively studied with the aim to broaden a spectrum of transition metal-based complexes which could be used in the treatment of cancer. Ruthenium complexes have shown potential utility in chemotherapy and photodynamic therapy. Ruthenium complexes generally have lower toxicities compared to cisplatin attributed to their specific accumulation in cancer tissues. In vitro and in vivo studies show high anticancer activity of Ruthenium complexes and some of them are currently undergoing clinical trials. In the present work we studied the antitumor activity of the Ruthenium(III) compound cis-Tetraammine(oxalato)Ruthenium(III) Dithionate {cis- [Ru(C2O4)(NH3)4]2(S2O6)} against different tumor and normal cells lineages, analising cell viabilities, cell cycle distribution, apoptosis induction mecanistics and genome DNA damage. Correlation tests were performed to determine the effects of the time of exposure and concentration of Ruthenium complex on mitotic index (MI) and mitotic aberration index on Allium cepa root cells. A comparison of MI results of cis- [Ru(C2O4)(NH3)4]2(S2O6) to those of lead nitrate reveals that the Ruthenium complex demonstrates an average mitotic inhibition eightfold higher than lead, with the frequency of cellular abnormalities almost fourfold lower and mitotic aberration threefold lower. A. cepa root cells exposed to a range of Ruthenium complex concentrations did not display significant clastogenic effects. The cis- Tetraammine(oxalato)Ruthenium(III) Dithionate therefore exhibits a remarkable capacity to inhibit mitosis, perhaps by inhibiting DNA synthesis or blocking the cell cycle in the G2 phase. Results showed that Ruthenium(III) causes a significant reduction of proliferation of A549 cells with viabilities ranging from 55.5% to 24.6% when treated with 40 μM for 24 and 48h; and 32% to 18.2% when treated with 150 μM for 24 and 48h. The Ruthenium(III) compound induced a moderate (31.9% and 39.6% for concentrations 10 and 40 μM, respectively) to high degree (74% for concentration 32 μM) of cytotoxic activity against A549 cells (IC50= 33.72 μM). On the other hand, the normal lung fibroblast MRC-5 did not show significant reduction proliferation in the presence of Ruthenium(III) compound. Even when treated with higher concentrations of cis-Tetraammine(oxalato)Ruthenium(III) Dithionate for 48 hours, MRC-5 cells showed viabilities ranging from 85% to 78,4% for 40 μM and 150 μM, respectively. The antiproliferative and cytotoxic activity revealed that K562 cells cultured with concentrations 40 and 150 μg mL-1 of Ruthenium(III) compound showed significant reduction of proliferation after 72h of exposition, with viabilities ranging from 88.2% to 55.6% when treated with 40 μM for 24 and 72h; and 76.2% to 26.7% when treated with 150 μM for 24 and 72h. The Ruthenium(III) compound induced low [22.4% (24h) to 28.2% (48h) and 29.8% (24h) to 35.7% (48h) for concentrations 10 and 40 μM, respectively] to moderate [44% (24h) and 53% (48h) for concentration 150 μM] of cytotoxic activity against K562. After incubation for 48 h, the IC50 value was 18.28 μM. Compared to the cell cycle profiles of untreated cells, flow cytometric analysis indicated a sub-G1 arresting effect of Ruthenium compound on K562 cells, inducing a 1.7-fold, 2.2-fold and 2.4-fold increase in the number of sub-G1 cells for 24, 48 and 72 h, respectively, when compared to control. The compound also caused a significant increase in tailed cells in any of the concentrations tested compared with negative control that can be associated cytotoxicity with direct effect on K562 cells DNA. / Apesar do sucesso da cisplatina e dos medicamentos à base de platina, o mercado de fármacos ainda é acessível para novas drogas á base de metal que oferecem uma melhor viabilidade, tais como a administração oral, o que pode ajudar a diminuir os efeitos colaterais graves e custos clínicos. Além disso, novos estudos concentram-se na investigação de novas drogas com maior eficácia, ou seja, drogas que interajam de forma diferente com o DNA, o que pode levar à superação da resistência inata ou adquirida de certos tipos de tumores. Dentre os vários complexos a base de metais desenvolvidos, os complexos de rutênio (III) representam uma nova família de promissores agentes anticâncer. No presente estudo foi investigado in vitro o efeito do composto Ditionato de cis- Tetraamino(oxalato)rutênio(III) sobre a viabilidade celular, distribuição das fases do ciclo celular, mecanismos de indução de apoptose e danos a molécula de DNA. Os resultados provenientes da análise do teste Allium cepa mostraram um efeito tempo dose-dependente. A avaliação mostrou que a concentração de rutênio teve um impacto maior do que o tempo de exposição. O efeito também se mostrou cumulativo, com uma quase completa inibição da mitose em uma concentração de rutênio de 0,1 mg mL-1 ou superior por períodos superiores a 24 h. Por outro lado, os resultados não revelaram efeitos clastogênicos significativos nas células meristemáticas expostas ao complexo de rutênio (III). A comparação entre os valores dos Índice Mitótico de células meristemáticas de cebolas tratadas com o complexo de rutênio em relação às células tratadas com nitrato de chumbo também mostrou que o complexo de rutênio induziu uma inibição mitótica média oito vezes maior do que o chumbo. Notadamente, as freqüências de anomalias e aberrações celulares mitóticas foram quase quatro vezes e três vezes menores, respectivamente. Os resultados mostram que o composto estudado causa significativa redução da proliferação das células A549 com viabilidades entre 55,5% para 24,6% quando tratados com 40 μM por 24 e 48h; e 32% para 18,2% quando tratados com 150 μM por 24 e 48h. O composto de rutênio(III) induz moderada (31,9% e 39,6% para concentrações 10 e 40 μM, respectivamente) para alta degradação (74% para a concentração 150 μM) para avaliação da atividade citotóxica das células A549 (IC50= 33,72 μM). Quanto à linhagem de fibroblasto de pulmão humano normal MRC-5, não mostrou redução significativa na proliferação celular na presença do composto. Quando tratadas com altas concentrações do Ditionato cis-Tetraamino(oxalato)rutênio(III) por 48 horas, celulas MRC-5 mostraram viabilidades altas de 85% e 78,4% para 40 μM e 150 μM, respectivamente. A atividade citotóxica e antiproliferativa revelou que a cultura de células K562 nas concentrações de 40 e 150 μg mL-1 do composto de Rutênio(III) mostrou redução significativa na proliferação 72h de exposição, com viabilidades de 88,2% para 55,6% quando tratadas com 40 μM por 24 e 72h; e 76,2% para 26,7% quando tratadas com 150 μM por 24 e 72h. O composto de Rutênio(III) induziu baixa [22,4% (24h) para 28,2% (48h) e 29,8% (24h) para 35,7% (48h) para concentrações de 10 e 40 μM, respectivamente] para moderada [44% (24h) e 53% (48h) para concentrações de 150 μM] atividade citotóxica em células K562. Após a incubação de 48 h, o valor da IC50 foi de 18,28 μM. Quando comparado o ciclo celular de células não tratadas, a análise indica que as células foram arrastadas para sub-G1 apresentando um aumento de 1,7 para 2,2 e 2.4% no número de células em sub-G1 por 24, 48 e 72 h, respectivamente, quando comparado com o grupo controle. O composto também causou um significativo aumento em danos celulares nas concentrações testadas quando comparado com o controle negativo, o que pode estar associado com efeitos citotóxicos diretamente no DNA celular.

A quimiluminescência derivada da decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e do sistema peróxi-oxalato pode ser explicada através do mecanismo de luminescência iniciada por troca de elétron - CIEEL (\"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\"). Esta proposta supõe uma transferência de elétron seguida de uma retrotransferência, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular, dependendo do sistema. A etapa de quimiexcitação do sistema peróxi-oxalato envolve uma retro-transferência de elétron intermolecular, da qual participam dois radicais-íons - um deles postulado como o dióxido de carbono radical-anion. Por outro lado, não existe consenso a respeito da via de retro-transferência de elétron na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular. Neste trabalho são apresentadas as sínteses de sete 1,2-dioxetanos, os resultados obtidos na investigação da via de quimiexcitação proposta no mecanismo CIEEL para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e para o sistema peróxi-oxalato e a aplicação da quimiluminescência do luminol em matriz polimérica de poli(vinilpirrolidona) para a calibração de luminômetros de microplacas. Verificou-se, através do estudo do efeito da viscosidade do solvente sobre os rendimentos quânticos singlete na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, uma dependência entre a eficiência de quimiexcitação e o efeito da cavidade de solvente, que foi racionalizada em termos de um modelo difusional e friccional. Estes resultados, associados a cálculos teóricos, tomaram possível postular um mecanismo intramolecular modificado para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos. No sistema peróxi-oxalato foi realizada uma tentativa de detecção direta do dióxido de carbono ânion-radical através de medidas do sinal de ressonância paramagnética de elétron do aduto formado entre α-fenil-N-tert-butilnitrona (PBN), um spin trap, e o radical-anion. Apesar da leve discrepância entre as constantes de acoplamento do sinal observado em relação aos valores relatados na literatura para o aduto PBN-CO2, a caracterização foi realizada preliminarmente através de espectroscopia de massas com injeção direta. Finalmente, foi desenvolvido um sistema para calibração de luminômetros de microplacas, baseado na quimiluminescência de luminol em matriz polimérica, que pode ser utilizado - adicionalmente - na quantificação de peróxido de hidrogênio, em concentrações µmol-1, e agentes redutores com potencial anti-radicalar e antioxidante. / The chemiluminescence resulting from induced decomposition of 1,2-dioxetanes and the peroxyoxalate system can be explained by the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence - CIEEL mechanism. This hypothesis postulates an electron transfer followed by a bond cleavage or rearrangement and back electron transfer which can occur in a intra or intermolecular way, depending on the system. The chemiexcitation step in the peroxyoxalate system involves an intermolecular back electron transfer, in which two radical ions participates - one of them is assumed to be carbon dioxide radical anion. However, there is no consensus about the back electron transfer path in the induced decomposition of 1,2-dioxetanes, which Can occur in an intra or intermolecular way. This work reports the synthesis of seven 1,2-dioxetane derivatives, the results obtained in the investigation of the chemiexcitation path proposed by the CIEEL mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes and for the peroxyoxalate system, and the application of poly(vinylpirrolidone) supported luminol chemiluminescence in the development of a rnicroplate luminometer calibration method. It was possible to confirm, by the study of solvent viscosity effect on singlet quantum yields in induced 1,2-dioxetane decomposition, a dependence between chemiexcitation efficiency and the solvent cavity effect, which was rationalized based on a diffusional and frictional model. These results, together with theoretical calculations, allow us to postulate a modified intermolecular chemiexcitation mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes. An attempt to detect directly the carbon di oxide radical anion in the peroxyoxalate system was made based on the electron paramagnetic resonance detection of the α-phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN)-CO2 adduct. Despite small discrepancies between the observed and the previously reported hyperfine coupling constant values, the adduct characterization was confirmed by direct injection mass spectrometry. Finally, a microplate luminometer light intensity calibration system, based on polymeric matrix-supported luminal, was developed. This method can be used also to determine hydrogen peroxide at µ mol-1 concentration and to quantify reducing agents with antiradical and antioxidant potential.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-01-14T20:02:01Z No. of bitstreams: 1 MoacirFernandesDeQueirozNeto_DISSERT.pdf: 2451986 bytes, checksum: 86a4ed116bac73f635a0765a8cdd98c9 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-01-18T21:50:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MoacirFernandesDeQueirozNeto_DISSERT.pdf: 2451986 bytes, checksum: 86a4ed116bac73f635a0765a8cdd98c9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-18T21:50:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MoacirFernandesDeQueirozNeto_DISSERT.pdf: 2451986 bytes, checksum: 86a4ed116bac73f635a0765a8cdd98c9 (MD5) Previous issue date: 2014-12-11 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / Quitina ? segundo polissacar?deo mais abundante na natureza e seu derivado quitosana tem sido amplamento estudado, devido a suas propriedades qu?micas e farmacol?gicas singulares. Contudo, estudos mostram que essa mol?cula quando no organismo, tende a se acumular no tecido renal e tamb?m promove um aumento na excre??o de c?lcio. Apesar disso, o efeito da quitosana sobre a forma??o de cristais de oxalato de c?lcio (OxCa) nunca foi avaliado. A forma??o de c?lculos renais (urolit?ase) ? a enfermidade que mais comumente afeta os rins e o sistema urin?rio, al?m de ser uma doen?a que possui altas preval?ncia e recorr?ncia. Muitas mol?culas com capacidade antioxidante tem demonstrado potencial para diminuir a forma??o de cristais de OxCa in vitro. Diante do exposto o objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial antioxidante e de interfer?ncia na forma??o de cristais de uma quitosana de baixo peso molecular e seus derivados conjugados com ?cido g?lico (AG). As analises f?sico-qu?micas confirmaram a identidade da quitosana. Esta foi submetida a 5 testes antioxidantes e apresentou uma excelente atividade quelante de cobre, por?m nenhuma outra atividade antioxidante expressiva foi detectada. J? quando submetida aos testes de forma??o de cristais in vitro, a quitosana aumentou o n?mero de cristais de OxCa monohidratados formados, modificou a morfologia desses cristais, modificou as propor??es entre popula??es de cristais em solu??o e aumentou o potencial zeta desses cristais formados. Foram obtidas quatro mol?culas de quitosana conjugadas com AG. As an?lises f?sico-qu?micas confirmaram que houve liga??o covalente entre quitosana e AG, por?m, n?o se observou uma conjuga??o de AG de forma dose-dependente. Quando estes derivados foram submetidas a testes antioxidantes, todas as quitosanas conjugadas apresentaram potencial antioxidante maior que seus percussores. Contudo, houve diferen?a de atividade entre as diferentes quitosanas conjugadas, indicando que a posi??o onde o AG est? conjugado ? um fator importante para determina??o da atividade. Quando as quitosanas conjugadas foram submetidas aos testes de forma??o de cristais in vitro, houve uma redu??o na quantidade de cristais observados quando comparados com aqueles formados na presen?a da quitosana n?o-conjugada. A quitosana possui uma forte capacidade indutora de forma??o de cristais de OxCa monohidratados, bem como modifica sua morfologia e potencial zeta. O processo de conjuga??o de AG ? quitosana levou a um aumento no potencial antioxidante dessa mol?cula e tamb?m foi capaz de diminuir sua capacidade de induzir ? forma??o de cristais in vitro / Chitin is the second most abundant polysaccharide in nature and its derivative chitosan has been widely studied due to its unique chemical and pharmacological properties. However, studies show that when this molecule is used as food, drug, etc. it tends to accumulate in renal tissue and promotes an increase in calcium excretion. Nevertheless, the effect of chitosan on the formation of calcium oxalate (OxCa) crystals has never been evaluated. The formation of kidney stones (urolithiasis) is the disease that most often affects the kidneys and the urinary system. In addition, this is a disease with high prevalence and recurrence. Many molecules with antioxidant activity have been shown to decrease the potential for in vitro OxCa crystals formation. Thus, the aim of this study was to evaluate the effect of low molecular weight chitosan and its derivatives conjugated to gallic acid (AG) as antioxidant and inhibitor of OxCa crystals formation. The physico-chemical analysis confirmed the identity of chitosan. This molecule was subjected to five antioxidant tests and showed an excellent copper chelating activity. However, chitosan did not show other significant antioxidant activity. When chitosan was subjected to in vitro crystal formation tests, it increased the number of OxCa monohydrate crystals, modified the morphology of the crystals, modified the proportions between populations of crystals in solution and increased the zeta potential of these crystals formed. Four molecules of chitosan conjugated with GA were obtained. The physico-chemical analysis confirmed that chitosan and AG were covalently bonded. However, the amount of GA liked to chitosan did not increase even when 10 times more GA was used in experiment. When these derivatives were subjected to antioxidant tests, all chitosan conjugates showed higher antioxidant potential than their precursors. However, they showed different activity between them, which indicating that the position where AG is conjugated is an important factor for chitosan-GA activity. When conjugated chitosans were submitted to in vitro crystal formation tests, a reduction in the crystals number was observed when compared with those formed in the presence of unconjugated chitosan. Chitosan has a strong capacity for inducing OxCa monohydrate crystal formation, as well as modify their morphology and zeta potential. Over all, the process of conjugating AG to chitosan led to an increase in antioxidant potential of this molecule and was also able to decrease its capacity of inducing in vitro crystal formation

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-04-15T19:53:06Z No. of bitstreams: 1 AngelicaBelchiorVital_DISSERT.pdf: 1925266 bytes, checksum: 0be77624e1435efb79973666de949fea (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-04-19T20:48:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AngelicaBelchiorVital_DISSERT.pdf: 1925266 bytes, checksum: 0be77624e1435efb79973666de949fea (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-19T20:48:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AngelicaBelchiorVital_DISSERT.pdf: 1925266 bytes, checksum: 0be77624e1435efb79973666de949fea (MD5) Previous issue date: 2015-01-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Compostos contendo rut?nio possuem vasta aplica??o em processos catal?ticos. Muitas vezes esse metal ? utilizado em ?xidos porosos , suporte, com alta estabilidade t?rmica. Os ?xidos mistos do tip o perovskita (ABO 3 ) apresentam boa dispers?o met?lica , elevada estabilidade t?rmica e qu?mica, sendo empregados em processos oxidativos . Em vista disso, este trabalho teve como objetivo principal sintetizar e caracterizar o catalisador de rutenato de b?rio (BaRuO 3 ) com estrutura do tipo perovskita. Para isso, foram utilizadas duas metodolog ias de s?ntese de BaRuO 3 , a complexa??o combinada EDTA - Citrato e a coprecipita??o em meio oxalato. BaRuO 3 produzido passou por tratamentos t?rmicos a 950?C por 5, 10 e 15 horas. O precursor foi utilizado na an?lise termogravim?trica (TG) para avaliar a estabilidade t?rmica, e os p?s cer?micos calcinados foram caracterizados por: difra??o de raios X (DRX) para identifica??o das fases formadas , an?lise estrutural e avalia?? o do tamanho m?dio de cristalitos; microscopia eletr?nica de varredura (MEV) para observa??o da morfologia; espectroscopia de energia dispersiva (EDS) para determina??o da composi??o qu?mica local. Observou - se que pela metodologia EDTA - Citrato o BaRuO 3 apr esentou estrutura rombo?drica com o grupo espacial R - 3mH (ICSD: 10253) com morfologia heterog?ne a e com larga distribui??o de tamanho de cristais. Por outro lado, o ?xido sintetizado pelo m?todo de coprecipita??o apresentou dois polimorfos, um com estrutura hexagonal com o grupo e spacial P63/mmc (ICSD:84652) e outro rombo?drico (ICSD:10253), com morfologia homog?nea e maior controle de distribui??o de cristais. / Ruthenium compounds are widely use d in catalytic processes. Often this metal is supported on porous oxides having high thermal stability. Perovskite - type o xides (ABO 3 ) have good metal dispersion , high thermal and chemical s tability, it are used in oxidative processes . T his study aimed to synthesize and characterize barium ruthenate (BaRuO 3 ) with perovskite - type structure. For this, two methods for BaRuO 3 synthesis have been used , combined complexation EDTA - Citrate and oxalat e coprecipitation. BaRuO 3 produced underwent heat treatment at 950 ? C for 5, 10 and 15 hours. The precursor was used in thermogravimetric analysis (TG) to evaluate thermal stability , ceramic powders obtained were characterized by X - ray diffraction (XRD) t o identify the phases, structural analysis and assessment of the average size of crystallites; scanning electron microscopy (SEM) to observe the morphology; energy dispersive spectroscopy (EDS) to determine local chemical composition. It was observed that BaRuO 3 for EDTA - citrate methodology presented rhombohedral structure with space group R - 3mH ( ICSD : 10253) heterogeneous morphology with a broad distribution and crystal size. thereby , the oxide synthesized by oxalate coprecipitation method presented two po lymorphs, with hexagonal structure with space group P63/ mmc ( ICSD : 84652) and a rhombohedral ( ICSD : 10253) with homogeneous morphology and crystals distribution control.